异质衬底锗薄膜的制备

发布时间：2017-07-16 11:13

  本文关键词：异质衬底锗薄膜的制备

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【摘要】：随着传统化石能源问题的日益突出,发展和利用可再生能源,尤其是利用太阳电池获得电力,已经成为当今世界经济发展的必然选择。目前,太阳电池中效率最高的是III-V族多结太阳电池,一般选择锗单晶作为衬底,但是由于锗是典型的稀散金属,价格昂贵。为了节省锗材料,降低成本,考虑在异质衬底上制备锗薄膜代替锗单晶作为多结太阳电池的衬底材料。因此,本文的研究内容主要是在石墨衬底和单晶硅衬底上制备位错密度小、晶体质量完美的锗薄膜。本文首先利用射频磁控溅射技术和快速热退火(Rapid Thermal Annealing, RTA)技术在石墨衬底上制备出了锗薄膜。接下来,根据石墨衬底锗薄膜的实验结果,在单晶硅衬底上通过引入石墨过渡层的方法制备出了锗薄膜。最后利用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)、X射线衍射(X-Ray Diffraction, XRD)和台阶仪等测试手段进行了表征和分析。获得的主要成果为：(1)利用磁控溅射设备在石墨衬底上制备出了锗薄膜,研究了衬底温度对锗薄膜微观结构的影响。XRD测试结果表明衬底温度对锗薄膜结晶化程度有很大的影响,表现为衬底温度低于500℃时,沉积的锗薄膜为非晶态,说明500℃是石墨衬底锗薄膜由非晶态晶化为多晶态的临界衬底温度。(2)对衬底温度为450℃的石墨衬底锗薄膜进行快速热退火处理,并研究了快速热退火对锗薄膜微观结构的影响。发现快速热退火温度对锗薄膜的结晶质量有很大的影响,即随着退火温度的升高,锗的各个衍射峰增强,其中对Ge(111)晶面衍射峰强度影响最大,呈现Ge(111)晶面择优取向,并且900℃是最佳退火温度。(3)利用磁控溅射设备在单晶硅衬底上制备出了锗薄膜,其中,在单晶硅衬底和锗薄膜之间引入了石墨过渡层,缓解了二者之间的晶格失配和热失配。SEM测试结果表明锗薄膜/石墨/硅的多层膜结构厚度均匀、具有连续的结构。XRD测试结果表明,450℃是单晶硅衬底锗薄膜晶化为多晶态的临界衬底温度。(4)对衬底温度为440℃的单晶硅衬底锗薄膜进行快速热退火处理,并研究了快速热退火对锗薄膜微观结构的影响。XRD测试结果表明,退火温度升高至750℃时,锗薄膜RTA晶化程度明显提高。在退火温度为750℃的条件下最佳退火时间为30 s,同时,900℃是最佳退火温度。
【关键词】：锗薄膜 异质衬底 石墨 单晶硅 快速热退火
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4;O484.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-27
• 1.1 太阳电池的研究现状与发展前景10-15
• 1.1.1 能源危机和新能源的发展10-11
• 1.1.2 太阳电池的发展前景11-13
• 1.1.3 太阳电池的分类13-15
• 1.2 多结太阳电池制备技术15-18
• 1.2.1 正向生长法16
• 1.2.2 倒装生长法16-17
• 1.2.3 双面生长法17-18
• 1.3 异质衬底锗薄膜制备技术18-26
• 1.3.1 组分渐变法19-21
• 1.3.2 低温缓冲层法21-23
• 1.3.3 选区外延法23-26
• 1.4 本论文主要内容和结构安排26-27
• 第2章 异质衬底锗薄膜的制备系统与表征技术27-38
• 2.1 制备系统27-31
• 2.1.1 磁控溅射系统27-30
• 2.1.2 快速热退火系统30-31
• 2.2 沉积过程31-34
• 2.2.1 薄膜的溅射过程31-32
• 2.2.2 薄膜的生长模式32-34
• 2.3 表征技术34-37
• 2.3.1 X射线衍射34-35
• 2.3.2 扫描电子显微镜35-36
• 2.3.3 台阶仪36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 石墨衬底锗薄膜的制备及性质研究38-48
• 3.1 石墨的结构和性质38-40
• 3.1.1 石墨的晶体结构38-39
• 3.1.2 石墨的物理化学性质39-40
• 3.2 石墨衬底锗薄膜的制备40-42
• 3.2.1 磁控溅射过程40-42
• 3.2.2 快速热退火过程42
• 3.3 制备工艺对锗薄膜性质的影响42-46
• 3.3.1 衬底温度对锗薄膜的影响42-43
• 3.3.2 快速热退火对锗薄膜的影响43-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第4章 硅衬底锗薄膜的制备及性质研究48-56
• 4.1 硅衬底锗薄膜的制备48-50
• 4.1.1 单晶硅衬底的选择和处理48
• 4.1.2 石墨过渡层的加入48-49
• 4.1.3 锗薄膜的制备及退火处理49-50
• 4.2 SEM测试分析50
• 4.3 XRD测试分析50-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第5章 结论与展望56-58
• 5.1 本文的主要结论56
• 5.2 展望56-58
• 参考文献58-63
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果63-64
• 致谢64

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本文编号：548383